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1、骨架密实型的水稳基层抗裂结构研究 摘要:骨架密实级配水泥稳定砾石与常规级配相比,具有较高的密度, 较小的含 水量,嵌挤形成的强度大, 并具有较好抗裂性能和力学性能,能预防沥青面层的 缩裂,提高了路面的承载力和耐久性。 因此骨架密实型水泥稳定砾石具有较好的 发展前景。 关键词 :骨架密实型;抗裂性;承载力;耐久性 Skeleton density of crack research Abstract: the skeleton close-grained gradation of the cement stable macadam compared with conventional grada
2、tion, has the high density, and smaller water content, form the intensity embedded crowded,And has a good crack resistance and mechanical performance, can prevent shrinkage of asphalt layer, improve the bearing capacity and durability. So skeleton type close-grainedOf the cement stable macadam have
3、good growth prospects. Keywords: Skeleton close-grained type; Resistance; Bearing capacity; Durability 2 1 绪论 1.1 研究背景及意义 随着水泥稳定砾石基层在工程中的广泛使用,发现在早期出现了比柔性基层 沥青路面多而频繁的裂缝。 裂缝的存在会使水危及整个路基路面结构,还易引起 沥青面层较快出现网裂、坑槽等病害。而且随着雨水的浸入,使基层变软,在大 量行车荷载反复作用下, 结果导致路面强度大大降低, 产生冲刷和唧泥现象, 使 裂缝加宽, 裂缝两侧的沥青路面破碎, 加速沥青路面的破坏, 从而
4、对以水泥稳定 砾石材料基层的公路建设造成了潜在地危险。在某种程度上也限制了水泥稳定类 半刚性基层材料的广泛应用。 因此,对以水泥稳定砾石基层的公路建设造成了潜 在危险,也限制了水泥稳定类砾石基层的应用。水泥稳定砾石在温、 湿变化作用 下产生较大的收缩变形是导致基层裂缝及反射裂缝的主要原因。在不同地区裂缝 严重程度不同, 南方地区因温差小、 无严寒,裂缝更轻微; 而北方地区因温差大、 冬季时间长且寒冷, 裂缝更严重, 如新疆。图1-1(网状裂缝) 图1-2(反射裂缝) 图1-1 网状裂缝 3 图 1-2 反射裂缝 因此,为了改善水泥稳定砾石基层抗裂性能,本文提出了密实骨架结构水泥 稳定砾石基层,
5、及其配合比设计方法, 并对此进行了大量室内外试验。 研究表明, 骨架密实结构水泥稳定砾石基层具有重要的工程路用价值。6 1.2 国内外研究现状 1.2.1 国外研究现状 水泥稳定砾石基层的裂缝主要源于温度收缩、干燥收缩和疲劳荷载作用。 公 路设计者早已经认识到提高其抗裂性的重要性,因为基层的开裂很有可能引起沥 青面层的反射裂缝。 但是多年的实践证明, 即使是用干缩性小的水泥稳定粒料铺 筑的基层, 如果设计时考虑不周全, 施工时处理不当, 或施工完成后没有进行及 时的养生, 也会产生横向干缩裂缝。 在沥青路面的使用过程中, 裂缝会逐渐向上 扩展并通过沥青面层出现在表面,行程反射裂缝。 另外,水泥
6、稳定类砂砾基层内 部温度变化产生的温度应力与行车荷载应力相结合,也会促使基层开裂。 这种开 裂也极有可能引起反射裂缝。 因此,在研究道路裂缝时, 必须充分考虑影响基层 使用品质得内在与外在因素, 即材料的配合比组成和所处的温度、湿度等,科学 4 的进行抗裂设计研究, 进而在施工质量得到充分保证的前提下,可以在一定程度 上消除或减少反射裂缝。 在国外,应用半刚性基层最为广泛的地区是南非和法国。美国和澳大利亚研 究者认为水泥稳定土干燥与结合料的类型和剂量、被稳定土的类别、 粒料的含量 等因素有关。为减少水泥稳定砾石基层的收缩裂缝,澳大利亚的水泥用量为3% 以内,日本水泥稳定砾石基层混合料水泥用量一
7、般仅为2% 左右;德国冬季寒冷, 水泥用量也较低,一般控制在2%+3%左右,南非是应用水泥稳定砾石基层较多的 国家,其水泥用量也在较低的水平。 1.2.2 国内研究现状 基层要有足够的强度、刚度、平整度,还应有足够的水稳性、冰冻稳定性和 抗冲刷能力,同时,要求其收缩性小,并与面层结合良好。水泥稳定砾石作为半 刚性材料,以其整体性强、承载力高、刚度大、水稳性好等特点在我国公路路面 基层施工中被广泛应用。 2006年在 S206滁全路一期改造工程63km中 43km采用人工铺筑 46cm 砾石再用拌和的水稳细集料路拌成型的骨架密实型水泥稳定砾石基层和2km 机 拌机铺骨架密实型水泥稳定砾石至今没有
8、明显的缩裂和网裂,今年$206 滁全路 二期快车道改造工程97 km 中采用机拌机铺骨架密实型。 2009年由晋中公路分局承建的介霍一级公路、307 寿阳过境线改建工程、 307 路面大修改造工程项目的路面水稳砾石基层,均采用了骨架密实级配结构, 晋中 公路分局试验室专门购置了进行骨架密实级配设计的振动成型机,室内采用了振 动成型法,在实际施工中通过使用大吨位的压路机强振,使室内试验与实际施工 较为接近,对骨架密实型这种级配结构进行了尝试与探讨。1 沪宁高速公路扩建工程上海段,全线长1.37km,扩建为双向 8车道 。它是 在扩建工程江苏段已经完成, 通过近两年的行车考验证明质量优良, 在取得
9、较 好的经济效益的同时也得到较好的社会评价的背景下开工建设的。上海公路局领 导非常重视上海段扩建工程的质量问题提出 了“高起点、高要求、超江苏、超 沪宁”的口号。大胆提出了利用A11 公路建设平台来研究、实施抗裂型水稳缩、 干缩裂缝,则是本次研究和施工控制的重点。 连霍国道主干线星星峡至哈密段公路建工程为国道主干线的重要组成部分, 5 交通量较大,路线所经区域为典型大陆性干旱性气候,夏季炎热,冬季寒冷,气 温日差较大,干燥少雨雪,春夏季风。本工程按高速公路标准建设,路面基层 为 30cm 水泥稳定砂砾基层,采用骨架密实型结构。 2007年是常 -吉高速公路路面基层建设的高峰期, 开工前 , 路
10、面深化设计专 家组要求施工单位按骨架密实结构施工, 并进行技术指导。 常吉高速公路路面P7 合同段 , 由湖南路桥建设集团机械工程公司施工, 重庆正大工程监理咨询公司监 理, 是新规范施行后 , 我省高速公路采用骨架密实型水泥稳定砾石基层的第一 段,2007 年 6 月 29日实验路开工 ,10 月底基本完成上、下基层。施工过程中, 施 工单位与监理同理合作 , 确保施工质量。 在 2006 年 5 月施工的 S206线滁全一级公路中 , 骨架密实型的水稳结构得到 了推广与应用。 1.3 研究的必要性 水泥稳定粒料作为半刚性沥青混凝土路面的基层在我国已经得到越来越广 泛的应用 , 并且积累了非
11、常宝贵的经验。 水泥稳定类粒料具有整体性强、 承载能 力高、刚度大、水稳性好等优点, 而且可供稳定的材料种类多、选择面广、能就 地取材(新疆), 对保证工程质量 , 降低工程造价具有积极的意义。在目前中国 公路, 特别是西部地区的公路中得到了广泛使用。但半刚性基层也存在内部排水 差、重载对半刚性路面破坏大、 破坏后修复困难的缺点。 在实际施工及使用过程 中, 水稳砾石基层往往会出现由于温缩和干缩变形而产生的裂缝, 以及吸水后出 现的唧浆现象,严重降低了路用性能。 国内有关防止水泥稳定砾石基层抗裂的研究主要集中在干缩和温缩性方面, 研究方法主要有利用不同的温度、 含水量、结合料、粒料含量和不同水
12、泥剂量等, 低剂量水泥稳定砾石方面研究不足,多数研究是局部的、 个案的,有关低剂量水 泥的研究文献较少, 特别是骨架密实方面的研究缺乏,而针对低剂量水泥稳定砾 石的研究在半刚性路面基层抗裂方面有重要的意义,需要深入的探索。 1.4 裂缝产生原因分析 1.4.1 干缩裂缝 水泥稳定砾石在干燥空气中硬化时, 随着水分的减少 , 体积将收缩变形, 6 每隔一段距离产生均匀的干缩裂缝。水泥稳定砾石产生干缩裂缝的原因与其水 泥、 水和砾石因为水泥剂量太低, 强度难以满足要求 ; 而剂量过高时 , 混合集料 都有很大的关系。一方面混合料在凝结硬化过程中, 水泥与水起水化反应 , 消耗 大量的水分。 水泥含
13、量越高 , 则消耗的水分越多。 另一方面 , 砾石集料表面也要 吸附水 , 集料稳定砾石基层的强度、 平整度和裂缝的产生。 水泥稳定砾石中的细 料成分越多 , 表面吸附的水分就越多。再者, 基层施工过程中 , 含水量越大 , 蒸发散失的水分就越多。因此就越易产生干缩裂缝。 1.4.2 温缩裂缝 水泥稳定砾石由于混合料中有 5% 左右的水泥 , 所以具有热胀冷缩的性质 , 在混合料硬化初期 , 水泥水化放出较多的热量, 但散热较慢 , 因此其内部温度 较高, 使内部体积膨胀。而外部如遇气温急剧降低则冷却收缩, 内胀外缩相互制 约, 产生较大的应力。 一旦应力超过其极限抗弯拉强度, 将产生温缩裂缝
14、。 温缩 裂缝多数是横向分布。 1.2.3 网状裂缝 网状裂缝也叫龟裂 , 它是由于局部弯沉太大, 在外力作用下产生结构性破 坏的裂缝 , 它是一种破坏性较大的裂缝, 如遇下雨 , 则渗水 , 在外力作用下引 起翻浆。初期时仅为网状细裂纹 , 随着时间的推移 , 裂纹处基层内部的水分继续 蒸发, 裂纹逐渐发展成为发散形裂缝。在外力作用下, 基层呈塌陷状。 1.4.4 纵缝 纵缝如果水泥稳定砾石基层在施工早期产生纵缝, 一定是施工控制方面引 起的。其原因应归结为局部土基压实度或基层压实度没有达到规范要求。但城市 道路基层 7 d养护期满后 , 如果管理维护不到位 , 也会产生纵缝。由于基层较 厚
15、, 采用分层碾压作业。第一层摊铺碾压成型时, 其厚度较薄 , 一般在 15 cm 左右, 尽管养护期满 , 但其承载能力较低。 1.4.5 路基不均匀沉降产生裂缝 路基不均匀沉降产生裂缝如果水泥稳定砾石基层产生纵向裂缝, 多是由于 局部土基及底基层压实度达不到规范要求引起, 在重车的作用下产生的反射裂 缝, 有时呈弧状分布 , 且表面形成一定的高度差。 7 3 现有水稳结构类型分析 在评价材料的抗裂性能好与坏时,应全面考虑材料的力学性能( 尤其是极限 抗拉强度或极限抗拉应变)、温缩或干缩应变,而不能仅考虑温缩或干缩系数大 小。而评价干缩性能好坏时还需考虑其失水量,因为两种不同材料平均干缩系数
16、可能相差不大, 而由于各自含水量不同和可能产生的干缩应变也就不相同。水泥 稳定砾石基层材料在温度作用或失水作用下的开裂模式可以直观地理解为在温 度作用或失水作用下产生的收缩应变超过了材料自身所能承受的最大拉应变,因 此采用材料的温度收缩系数或干燥收缩系数与材料极限抗拉应变的比值来表征 其抗裂性能,亦即用温缩抗裂系数 1 max T、干缩抗裂系数 d W max 来 表征材料所能承受最大温差或湿差变化范围,T或W值反映了材料的抗温度 ( 或抗湿度 ) 收缩相对能力,其值越大,表明材料抗温度(抗干燥 ) 收缩性能越好, 反之亦然。 严格来讲, 材料的极限拉应变应通过材料的轴向拉伸试验获得,但是 以
17、目前试验设备很难达到这一目的, 所以在这里近似地采用由材料的抗弯拉强度 与抗弯拉模量计算得出材料的极限拉应变代替。计算极限拉应变 max 取决于强度 s和刚度 E两项指标,即 E S max 。所以在同样强度的情况下,刚度越小,极限 拉应变越大; 高强度低刚度有利于提高材料的极限拉应变。因此,在基层材料组 成设计时,尽量设法降低材料的温度收缩系数和干燥收缩系数,同时改善材料的 柔韧性即设法提高 max ,从而使抗裂性能得到改善,耐久性得到提高。 水泥稳定砾石是一种由水泥、 粗集料、细集料所组成的复合材料。 水泥稳定类材 料由于组成材料质量和数量的差异,以及各组成材料之间互相的特点、相对位置 分
18、布及相互联系的状况一般也分为三种不同的类型: 3.1 悬浮密实结构 这种结构通常采用连续型密级配,骨料由大到小连续存在。 这种结构中由于 粗集料数量相对较少,不能形成有效的骨架。这种结构虽然具有较高的粘聚力, 但摩阻角较小, 其强度主要受粘结力所控制,在外部荷载和温差作用下, 易产生 裂纹,从而造成路面结构的破坏。 8 3.2 骨架空隙结构 这种结构粗骨料较多, 而细料数量过少, 混合料中细料的压实体积小于粗集 料形成的空隙体积因此, 虽然能够形成骨架, 但其残余空隙较大。 虽然这种结构 粘聚力较低, 但其内摩阻角较大, 其强度主要取决于内摩阻力,粘聚力相对是次 要的,其抗收缩性能较好,但由于
19、其空隙率大,使基层的耐久性受到影响。 3.3 骨架密实结构 (大粒径抗裂结构 ) 骨架密实结构是以上两种类型组成的结构。要求混合料既有一定数量的粗骨 料形成骨架, 又根据残余空隙的多少加入细料,混合料中填隙料的压实体积应约 等于粗集料形成的空隙体积, 从而使混合料形成较高的密实度。试验结果表明大 粒径水泥稳定砾石骨科间的嵌挤作用明显,抗压强度和抗压回弹模量明显大于常 规级配,有良好的承载能力, 平均干缩系数和平均温缩系数小于常规级配,抗弯 拉强度高于常规级配, 抗裂性能有显著的提高。 根据柔性路面层状理论, 对在温 度和含水量变化作用下不同龄期的半刚性路面进行了接触非线形有限元分析,分 析结果
20、表明在施工状态下和使用状态下,大粒径水泥稳定砾石基层受到干缩和温 缩作用产生的拉应力均小于常规级配;在施工状态下, 温度收缩的影响明显, 在 使用状态下路表降温对基层的影响减小,基层所受到的拉应力随着龄期的增长而 增大。这种结构能很好的解决了水稳开裂问题,在我市的公路建设中逐步得到推 广和应用。 4 骨架密实性的级配的抗裂设计分析 全面提高设计质量在路面设计中对水稳结构层的料源调查和选择至关重要 既要调查料源的储存数量又要调查料源的质量必要时对材料进行有关试验鉴定 后方能确定是否采用。 4.1 抗裂性分析 (1)骨密型可以控制其细集料比例。使得结构内部粗集料均匀且有良好的嵌 挤,在骨料空隙内部
21、的细混合料大部分致密和分散的局部不致密,保持适度的孔 隙率,形成不十分均匀板体来改进半刚性基层应力集中产生缩裂并返射到面层。 (2)集料粒径与比例:骨架密实级配比常规级配水泥稳定砾石最大粒径大, 最大粒径分别为不大于 375mm 和315mm 。骨密型水稳粗集料即 95mm 以上的占 9 4266,常规级配水泥稳定砾石( 以下简称常规型水稳 )95mm 以上的仅占 3255;细集料即 475cm 以下前者 2243,后者占 2950。显然 骨密型水稳容易形成嵌挤骨架, 同时也有足够的胶结强度; 常规型水稳骨料处于 悬浮状态,主要是胶结强度。骨密型由于细集料少,其收缩性小。 (3)最大干密度:
22、试验表明骨密型最大干密度在2409cm3 以上,比常规型 大58,因而有利于提高基层承载力和耐久性。 (4)最佳含水量:试验表明骨密型水稳比常规型最佳含水量小152, 可以减少干缩应变。 4 5 配合比设计 配合比设计取样一定要有代表性,原材料或其比例更改, 应重新设计配合 比。配料准确是保证水泥稳定砾石内在质量的关键环节。配料准确的基本前提是 两种原材料要合格。 通过对工程实际应用的矿料分别进行筛分试验和测定其相对 密度,根据各种矿料的颗粒级配和计算用量比调配出合理的级配曲线。由于水泥 剂量对干缩性的影响, 随集料平均粒径的增大而减少,集料平均粒径越大, 水泥 剂量对干缩性的影响越小; 在相
23、同条件下, 水泥稳定中粗粒土的收缩性较细粒土 的收缩性要小得多; 对大多数土混合料而言, 随水泥剂量的增加, 收缩性逐渐减 少,并达到最小值,随水泥剂量的增加,收缩性逐渐增大,水泥剂量过大,同样 会产生收缩裂缝。配料准确的施工控制是: (1)砾石的级配要严格控制,在粗集 料中单个颗粒最大粒径不应超过37.5mm ; (2)水泥稳定砾石混合料的比例要严 格控制。即通过一定料斗门开启高度下的给料皮带机电机转速比实现既定的混合 料比例,具体调试时,砾石比例宜控制在80% 89% 之间。根据不同设计强度的 要求,确定水泥用量,确定各种混和料的最佳含水量、最大干密度,以此初步确 定各料仓的供料比例。应考
24、虑各地材料性能不同而引起的差异。 5.1 集料 集料采用 5种规格的砾石, 规格为 0-5mm ,5-31.5mm 级配砾石。 粗集料含泥量 0.1%,细集料 0.075mm 筛孔通过率小于 1.5%。 10 5.2 集料筛分情况 表 5-1 单档( 05mm )粒料规格 公称 粒径 规范要求 / 筛分结果 通过下列筛孔的质量百分率(%) 37.5 31.5 26.5 19 9.5 4.75 2.36 0.6 0.075 0 5mm 规范要求90100 05 筛分结果100 100 100 100 10 0 99.8 82.4 46. 3 3.5 筛分实验结果标明:单档料 05mm 的 4.7
25、5 筛孔通过率为 99.8不满足规范 05 的范围要求,说明现有粒料偏粗,问题严重,不满足目标配合比设计的要 求,应对料场振动筛筛孔进行调整。 表 5-2 单档( 531.5mm )粒料规格 公称 粒径 规范要求 / 筛分结果 通过下列筛孔的质量百分率(%) 37.5 31.5 26.5 19 9.5 4.75 2.36 0.6 0.075 5 31.5m m 规范要求90100 015 05 筛分结果100 98.6 87.6 71.5 23.5 3.2 0.7 0.3 0.3 筛分实验结果标明:单档料531.5mm 的 9.5 筛孔通过率为 23.5 不满足规 范 0-15 的范围要求,
26、单档料 10-20mm 的 4.75 筛孔通过率为 6.4 不满足规范 05 的范围要求, 说明现有粒料偏细, 不满足目标配合比设计的要求,应对料场振动 筛筛孔进行调整。 5.3 密实型水泥稳定砾石集料的最大粒径及级配范围 JTG D50 2006公路沥青路面设计规范中骨架密实型水泥稳定类级配见表1,不同类型水 泥稳定砾石的集料级配见表: 骨架密实型级配范围 通过下列筛孔( mm )的质量百分率 /% 筛孔尺寸31.5 19.0 9.50 4.75 2.36 0.60 0.075 通过百分率100 6886 3858 2232 1628 815 03 11 0.0 10.0 20.0 30.0
27、 40.0 50.0 60.0 70.0 80.0 90.0 100.0 37.531.526.5199.54.752.360.60.075 筛孔尺寸 (mm) 通 过 百 分 率 ( % ) 中值 上限 下限 骨架密实型级配曲线图 悬浮密实型级配范围 通过下列筛孔( mm )的质量百分率 /% 筛孔尺寸31.5 19.0 9.50 4.75 2.36 0.60 0.075 通过百分率100 90100 6080 2949 1532 620 05 0.0 10.0 20.0 30.0 40.0 50.0 60.0 70.0 80.0 90.0 100.0 37.531.526.5199.54.
28、752.360.60.075 筛孔尺寸(mm) 通 过 百 分 率 ( % ) 中值 上限 下限 悬浮密实型级配曲线图 12 5.4 骨架密实型的设计级配 本路段采取 公路沥青路面设计规范 (JTGD50-2006) 的规定,以骨架密实型取代 悬浮密实型结构进行基层的集料级配设计。相对于悬浮密实型结构, 骨架密实型结构对 级配范围进行了较大修改, 如 19mm 筛孔的通过率由 90-100调至 68-86;475 mm 筛孔的通过率由 29-49调至 22-32;0075mm 筛孔的通过率由 0-5调至 0-3。 筛孔骨架密实性级配 mm 中值上限下限 37.5 100 100 100 31.
29、5 100 100 100 26.5 未规定未规定未规定 19 77 68 86 9.5 48 38 58 4.75 27 22 32 2.36 22 16 28 0.6 11.5 8 15 0.075 1.5 0 3 筛分实验结果标明:各筛孔通过百分率符合规范范围要求,满足目标配合比设计 的要求。 筛孔砾石砾石 合成级 配 范 围 mm 4.75-31.5 0-4.75 0-31.5 中值上限下限 37.5 100100100.0 100100 100 31.5 98.610099.0 100100 100 26.5 87.6 10090.7 9590 100 19 71.510078.6
30、7768 86 9.5 23.510042.6 4838 58 4.75 3.299.827.4 2722 32 2.36 0.782.421.1 2216 28 0.6 0.346.311.8 11.58 15 0.075 0.33.51.1 1.50 3 配比:73 27 100 从表可以看出, 按 4.7531.5mm031.5mm=7327 计算结果,合成级配 中筛孔 4.75mm通过量偏高, 31.5mm 筛孔通过量偏低。 13 由于图解法的各种材料用量比例是根据部分筛孔确定的,所以不能控制所有筛 孔,因此需要按照规范要求需要修正来达到规范要求。 规范要求在进行骨架密实型级配设计时,
31、增大4.75mm 以上料径含量,严格 控制细集料,即对于合成级配,4.75mm 以上的粒径尽量接近规范要求上限, 4.75mm 以下的粒径尽量接近规范级配下限,同时对于矿粒的最大粒径控制在 31.5mm 以下。根据要求,通过试算现采用增加1020mm 和 510mm 砾石用 量和减少 2031.5mm 与5mm 砾石用量的方法来调整级配比,经调整后的配 合比(质量比)为 2031.5mm砾石用量 X=25%,1020mm 砾石用量 Y=40%, 510mm 砾石用量 Z=20%,5mm 砾石用量 W=15%。 5.5 配合比设计的优化 对配合比进一步进行优化, 其基本原则是: 在保证设计强度的
32、情况下合理地 减少水泥用量, 同时级配曲线应为一条平顺的圆滑曲线,并应尽可能靠近级配区 域下限,而在确保现场摊铺混合料不离析的情况下增加砾石用量,减少粒径小 0075 mm 细料用量。 筛孔砾石砾石 合成级 配 范 围 mm 4.75-31.5 0-4.75 0-31.5 中值上限下限 37.5 100 100 100.0 100 100 100 31.5 98.6 100 99.0 100 100 100 26.5 87.6 100 91.5 95 90 100 19 71.5 100 80.3 77 68 86 9.5 23.5 100 47.2 48 38 58 4.75 3.2 99.
33、8 33.1 27 22 32 2.36 0.7 82.4 26.0 22 16 28 0.6 0.3 46.3 14.6 11.5 8 15 0.075 0.3 3.5 1.3 1.5 0 3 配比:77 23 100 计算得到的合成级配通过百分率可以看出,合成级配基本在规范要求的级配范围 之内并且符合骨架密实型约束条件,最后确定混合料配合比(质量比)为 4.7531.5mm031.5mm=7723 14 骨架密实性矿料级配曲线 100.0 99.0 90.7 78.6 42.6 27.4 21.1 11.8 1.1 0.0 10.0 20.0 30.0 40.0 50.0 60.0 70.
34、0 80.0 90.0 100.0 37.531.526.5199.54.752.360.60.075 筛孔尺寸 mm 通 过 百 分 率 % 合成级配 中值 上限 下限 6 水稳抗裂基层路用性能检测指标分析 6.1 水稳裂缝的分析检测 水泥稳定砾石基层产生裂缝不可避免。在车辆荷载作用下 , 基层裂缝会在沥青 混凝土面层造成反射裂缝, 从而导致面层水下渗 , 积聚在基层与面层之间。 水在车 轮荷载作用下形成动水压力, 基层中的细料在动水的不断冲刷下, 产生唧泥现象 , 导致面层出现坑槽破坏。 因此, 应在施工中尽量减少裂缝的产生。 为减少裂缝 , 可 采取以下措施 :(1) 水泥剂量应严格控制
35、 , 在现场钻芯强度满足设计要求的前提下, 不增加水泥剂量 , 以减少干缩系数; (2) 良好的集料级配有助于减少水泥用量, 从 而降低干缩系数 , 骨架密实型级配对减少温缩或干缩具有良好效果。尽量减少粉 料( 粒径小于 0. 075mm ) 含量, 因为粉料的含量越多 , 水泥稳定砾石的收缩愈大; (3) 碾压含水量不宜过大 , 因含水量越大 , 则水泥稳定砾石蒸发散失的水分愈多, 形成裂缝的可能性愈大。施工时, 混合料含水量不宜超过最佳含水量的1% ;(4) 基层施工完毕后 , 应采取良好的养生措施。最好在施工结束前表面稍干立即喷洒 透层油 , 然后做下封层 , 随后尽早铺筑沥青混凝土面层
36、, 保证基层不继续失水 , 避 免引起干缩裂缝。 6.2 水稳原材料控制 抗裂型水泥稳定砾石基层结构对原材料要求严,材料质量是保证工程质量的 15 基础。抗裂型水泥稳定砾石路面基层的原材料主要有水泥、粗集料、细集料、矿 粉、缓凝剂。水泥应选用初凝时间3h 以上和终凝时间较长的低标号水泥,且不 应采用快硬水泥、 早强水泥以及已受潮变质的水泥。各项技术指标应满足技术规 范的要求,水泥初终凝时间是确定水泥稳定砾石的施工控制时间的重要依据。水 泥宜选用 32.5 级或 42.5 级缓凝水泥,普通硅酸盐水泥、矿渣硅酸盐水泥、火山 灰质硅酸盐水泥都可以用于水泥稳定砾石路面基层施工。粗集料的质量控制指标 主
37、要是根据结构层性能决定的砾石压碎值和颗粒组成,确定出砾石的强度和级 配。细集料主要是控制好石屑的颗粒组成和掺加量,保证级配连续。 为了把好原 材料质量关, 应需加强对各类原材料的料源进行提前确定和检查,在使用过程中 按规定频率抽样检验,不合格的材料不能用于工程中,并应及时清除出场。 为保证水泥稳定砾石基层施工时有足够的时间运输、摊铺和压实 , 应对水泥 的终凝时间有限制 , 一般需要 6-10h。夏季施工时 , 气温较高 , 表面层的凝结硬 化速度较快 , 水泥终凝时间应尽可能达到10h;春秋季施工时水分蒸发较慢, 终 凝时间可缩短至 6h。水泥标号不能太高 , 最好不要超过 32. 5R,
38、采用普通硅酸盐 水泥。剂量控制范围为 5% 左右。因为水泥剂量太低 , 强度难以满足要求 ; 而剂量 过高时 , 混合料的收缩系数增大 , 裂缝增加。故水泥剂量一定要经过试配并结合 现场调试合适之后确定 ; 石料: 石料的粗细直接影响水泥稳定砾石基层的强度、 平整度和裂缝的产生。 水泥稳定砾石的粒料越粗 , 强度越高 , 稳定性越好 , 预防 温缩、干缩裂缝的能力越强。 但粒料过于粗糙 , 则粒料间的粘接力不足 , 一旦车 辆上路 , 表面层极易跑散 , 使得基层的平整度难以达到验收标准要求。如果粒料 偏细, 基层强度难以合格。而且石粉含量偏多时, 水泥稳定砾石的收缩性增大, 裂缝也就增多。
39、6.3 水稳压实度 水泥稳定砾石混合料压实度的控制是保证强度达到标准要求的重要手段之 一。尽管面层将采取钢筋加固补强措施, 但基层的压实度保证仍不能松懈。为保 证压实度达到标准 , 检查井周围混合料的摊铺厚度可比正常路段薄一些, 水泥的 含量增加 1% 左右, 使用小型机具夯实多遍。再配合路面的井圈加固, 以保证井圈 周围的路面的工作寿命。由于基层材料来源的生产企业规模相对较小, 机械化程 度不高 , 石料加工质量普遍不够稳定, 存在粒径不均匀现象 , 骨料时而偏粗 , 时而 16 偏细。因此水泥稳定砾石混合料的最大干密度呈变化状态。在压实度的检验中, 如果采用同一干密度指标作为标准, 很容易
40、出现压实度不合格或超过100% 的现 象。 因此施工中采用灌砂法进行压实度检验时, 应对集料筛分 , 以确定粗骨料的含 量, 分别选用不同的密度标准 ; 水量: 水泥稳定砾石是水泥与集料的水化凝结 硬化的产物。 含水量的控制影响到压实度的保证和裂缝的产生。考虑到混合料在 运输、碾压过程中还有水分散失 , 尤其夏季施工时水分蒸发快, 施工过程中对水 的含量应控制在比最佳含水量大1% 左右。含水量过小时 , 基层表层松散 , 碾压 容易起皮 , 难以压实 ; 含水量过大碾压时粘轮 , 表面起拱 , 而且基层成型后水 分散失愈多 , 形成的裂缝愈多。所以施工过程中含水量要控制适宜; 施工接头 : 基
41、层在施工过程中留有接头是难以避免的。但接头处往往是应力的集中区, 在温 度应力、基层收缩应力和交通荷载的反复作用下, 容易诱发为裂缝 , 从而导致沥 青面层产生反射裂缝。 19 7 结语 骨架密实级配水泥稳定砾石与常规级配水泥稳定砾石相比,具有优良的抗裂 性能和力学性能,不但减轻了沥青路面的裂缝率,而且也提高了路面的承载力, 从而提高了沥青路面的耐久性 。通过骨架密实型级配砾石稳定层的研究得出如下 结论: 抗裂型水泥稳定砾石基层有诸多优点,但也不能忽视它的缺陷, 在施工中 由于其特有的水泥水化硬化作用,容易产生温缩,施工工艺要求较高。 但是由于水泥稳定砾石具有强度高、水稳性好的特点, 能与高级
42、公路日益 提高的设计承载能力相适应, 因此得到越来越广泛的应用。 只有在严格控制好原 材料质量的前提下, 做好配合比设计环节, 并在施工过程中实事求是的做好现场 试验检测工作, 才能完成高质量的水稳基层建设,实践证明只要严格执行 技术 规范要求,抓住关键环节,加强控制,组织管理到位,就能够确保工程质量。 降低水泥用量可以有效的减少水泥稳定粒料基层的反射裂缝。 为保证低剂量骨架密实型水泥稳定砾石基层性能,必须控制集料级配、 水 泥剂量、最佳含水量、运输、摊铺、压实和养生等各个要素,最终达到良好的路 用性能。 17 参考文献: 1 张洪华 . 半刚性基层混合料收缩性能确定. 公路交通科技, 199
43、0(4). 2 黄志福,等 . 水泥稳定砾石基层混合料室内配合比设计. 华东公路, 2003(增 12 号). 3 黄志福 . 水泥稳定砾石基层材料性能参数的研究. 华东公路, 2003(增 12 号). 4 浅析水泥稳定砾石基层裂缝产生原因及防治方法 J 科技信息 , 2007. 5 刘晖. 公路路基施工技术 J .科技信息 ,2008. 6 杨春,廖成刚道路水稳砾石基层裂缝防治初探J 科学咨询 ( 决策管理 ) , 2008(17). 7 云南小磨高速公路抗裂型水泥稳定砾石基层施工技术指南,云南小磨高速公 路建设指挥部, 2007 ; 8 论水泥稳定砾石基层施工中的质量检查,韩以谦,200
44、4 年江苏省高速公路 建设论文集; 9 沙爱民半刚性路面材料结构与性能M 北京:人民交通出版社。1998 10 周卫峰 . 泥稳定砾石混合料配合比的优化 J.长安大学学报 (自然版 )2006 11 陈忠达 . 多级嵌挤密实级配设计方法研究J.中国公路学报 , 2006 12 JTJ034- 2000,公路路面基层施工技术规范S. 北 京: 人民交通出版 社,2000. 13 JTJ059- 95,公路路基路面现场测试规程S. 北京: 人民交通出版社 ,1995. 14 钱进 , 王冠. 水泥稳定砾石基层施工的质量控制要点J.华东公路 ,2001 15 靖红忠 . 水稳砾石基层的试验检测控制J
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